Genotypic and Environmental Influences on the Composition of Lavender Essential Oils

Essential oils are defined as secondary metabolites, produced by plants for various ecological functions, in response to biotic and abiotic stimuli. Genetic variability and instability, due to polyploidy or hybridisation, together with variations in temperature, water supply, altitude, season, geography and agronomic management, strongly influence the chemical composition of the oil. The project aims at evaluating the influence of genotypic and environmental factors on the chemical composition of lavender essential oils. A collection of 34 essential oil samples of Lavandula angustifolia and Lavandula x intermedia varieties has been obtained from 7 locations. Gas chromatographic analyses detected 133 components. A comparative analysis has highlighted that several samples exceeded the quality standards ISO 3515:2002 for Lavandula angustifolia essential oil and ISO 8902:2009 for Lavandula x intermedia Grosso essential oil. Estimations of the oils’ average chemical composition have supported the role of linalool and linalyl acetate in characterising lavender essential oils. The Multiple Variable Analysis for correlations detected a negative correlation between linalool and linalyl acetate, besides a generally high number of significant correlations among all molecules, thus suggesting a cross-talk between biosynthetic pathways. The Principal Components Analysis (PCA) and Hierarchical Cluster Analysis (HCA) have verified the major contribution of linalool and linalyl acetate to the broad differentiation of samples, although groupings have been observed in relation to common or recurring features. Evidence on the influence of the environment on the composition of lavender essential oils has been provided. Furthermore, this research reviewed and supported the association of genetic and biochemical studies, to assess the inter- and intraspecific differentiation in essential oils’ composition. This characterisation acquires a central role in breeding programs for essential oil quantity and quality, but also in the preservation of germplasm collections and natural biodiversity. Eventually, a selection of 4 essential oil pairs has been included in a triangle test, administered within the Herbs & Spices Global Expo at Macfrut 2022, in order to explore the consumers’ perception of lavender essential oils variability. The experiment encouraged a multidirectional exchange of knowledge among stakeholders, in light of the recent update in the institutional framework of medicinal plants cultivation and transformation. In this context, the study lays the foundations for the constitution of a global database collecting essential oils of Lavandula species and varieties.

Gli oli essenziali sono identificati come metaboliti secondari, prodotti dalla pianta per una varietà di funzioni ecologiche, in risposta a stimoli biotici e abiotici. Variabilità e instabilità genetica, dovute da poliploidia e ibridizzazione, assieme a variazioni di temperatura, apporto idrico, altitudine, stagione, geografia e gestione agronomica, influenzano notevolmente la composizione chimica dell’olio. Il presente progetto è finalizzato a valutare l’influenza dei fattori genotipici e ambientali sulla composizione chimica dell’olio essenziale di lavanda. Una raccolta di 34 campioni di oli essenziali di Lavandula angustifolia e Lavandula x intermedia è stata ottenuta da 7 diversi siti. L’analisi gascromatografica ha rilevato 133 componenti. Un’analisi comparativa ha evidenziato che molti campioni non rientrano negli standard qualitativi ISO 3515:2002 per l’olio essenziale di Lavandula angustifolia e ISO 8902:2009 per l’olio essenziale di Lavandula x intermedia Grosso. Una valutazione della composizione media dei campioni ha supportato il ruolo centrale di linalolo e acetato di linalile nella caratterizzazione degli oli essenziali di lavanda. L’analisi delle correlazioni ha riscontrato una correlazione negativa tra linalolo e acetato di linalile, oltre ad un numero generalmente elevato di correlazioni tra tutte le molecole, suggerendo quindi un crosstalk tra vie biosintetiche. L’analisi delle componenti principali (PCA) e l’analisi gerarchica dei cluster (HCA) hanno confermato la primaria influenza di linalolo e acetato di linalile sull’ampia differenziazione dei campioni, sebbene alcuni raggruppamenti siano stati osservati in relazione a caratteristiche comuni o ricorrenti. L’influenza dell’ambiente sulla composizione chimica dell’olio essenziale di lavanda è stata confermata dai risultati conseguiti. Inoltre, questa ricerca ha esaminato e supportato l’associazione di studi genetici e biochimici per valutare la differenziazione inter- e intraspecifica in relazione alla composizione dell’olio essenziale. Questa caratterizzazione acquisisce un ruolo centrale nei programmi di miglioramento genetico per qualità e quantità di olio essenziale, ma anche nella conservazione delle collezioni di germoplasma e della biodiversità naturale. Infine, una selezione di 4 coppie di oli essenziali è stata inserita in un test discriminante triangolare, somministrato in occasione di Herbs & Spices Global Expo presso Macfrut 2022, con l’obiettivo di valutare la percezione del consumatore della variabilità degli oli essenziali di lavanda. L’esperimento ha incoraggiato uno scambio di conoscenze multidirezionale tra soggetti operanti nel settore, in luce del nuovo Testo unico in materia di coltivazione, raccolta e prima trasformazione delle piante officinali. In questo contesto, lo studio pone le fondamenta per la costituzione di un database globale che raccolga oli essenziali di diverse specie e varietà di Lavandula.